物理小论文——乒乓球中的物理原理

1、乒乓球中的物理原理作者：机91 周斌摘要：在乒乓球运动中，由于旋转的球上下方空气流速不一样，根据伯努利方程，流速大的一方压强小而流速小的一方压强大，这就导致了乒乓球在行进过程中出现了弯曲轨道，即弧线球。乒乓球不同类型的旋转产生的弧线不一样，也使球前进的速度不一样，选手可通过球的运行速度来判断球的旋转方式。球沾水后对接球一方回击也有很大影响。关键词： 旋转 空气流速 弧线乒乓球作为我国的国球深受人们的喜爱，乒乓球运动适合于各阶段人群，运动量不大，但对控制要求很高。我国是乒乓球运动强国，选手众多，人才济济，每所学校都会有乒乓球设施供学生运动之用。我们身边熟悉的乒乓球背后也蕴含着很多物理原理。一.

2、乒乓球弧线的产生首先我们先对球拍击球瞬间做受力分析，乒乓球受到一个径向向下的撞击力，受到一个沿切线方向的摩擦力，还受到一个重力，由于乒乓球质量很小，重力远远小于撞击力和摩擦力，所以重力可以忽略不计，同时球还受到周边空气的作用力，此力也远远小于撞击力和摩擦力。撞击力和摩擦力的合力方向即是乒乓球的初始飞行方向。离开球拍后，球受到两个力：重力和空气阻力，而空气阻力是主要的。下面以下旋球为例说说产生弧线的原因。在击球脱离的瞬间球得到了两个速度，一个是v1向前下方；另一个是顺时针方向角速度1，由于1的存在，球上部与空气的相对速度大于球下部与空气的相对速度，根据伯努利方程造成下部静压力大于上部静压力，这就

3、形成一个向上的推力，此力与重力的合力给了球一个向下的加速度，球的实际速度为v2。由于球在运动中与空气的摩擦，角速度1和实际速度v2都在迅速下降，角速度1形成的向上的推力不足以克服球的重力。于是在球的重力与速度v1的共同作用下，球迅速地向前下方形成弧线。这就是弧圈球在落点之前的现象。所以，下旋球的弧线是向下的；上旋球的弧线向下趋势比下旋球更大；而侧旋球的弧线则是向两侧。在实际比赛中球的运动是复杂的，球旋转的方向不仅仅是上下旋和侧旋，而是侧上，侧下相结合，所以实际乒乓球运动轨迹是几个弧线的合轨迹。二. 上下侧旋球的运动特点1. 上旋球发球时选手将球拍斜向下击球，使球得到一个向前的平动速度和一个顺时

4、针方向角速度，在重力，空气向上的推力和空气阻力的作用下向斜下方运动。当碰到自己一方的球台和对方台面时，在球与台面接触点，球受到台面给的两个静摩擦力，一个是台面给的相对于平动速度反向的静摩擦力，另一个静摩擦力由于球旋转的方向与球前进方向相反，所以该力向前，这个力就使球平动的速度加大，这就是为什么上旋球球速较快的原因。对于接球一方来说，由于球速很快，一般是在球的上升期触球，如果将球拍竖直发力，反弹球获得一个斜向上的平动速度和相对平动速度顺时针方向角速度，这时球会向上运动，一般情况下会直接出台面，导致失分。所以选手在接上旋球时要将球拍斜向下发力，让反弹球获得的平动速度的竖直向上的分量减小，这样可使球

5、能发在对方球台上。值得注意的是，反弹球也将是上旋球。一般情况下选手拉过去的弧线球为上旋球（也有侧旋和侧上旋的情况），速度快，力量大，进攻性很强，适合快攻打法。2. 下旋球下旋球和上旋球则相反，发球时选手将球拍斜向上击球，使球得到一个向前的平动速度和一个逆时针方向角速度，在重力，空气向上的推力和空气阻力的作用下向斜下方运动。当碰到自己一方的台球和对方台面时，在球与台面接触点，球也将受到台面给的两个静摩擦力，一个是台面给的相对于平动速度反向的静摩擦力，另一个静摩擦力由于球旋转的方向与球前进方向相同，所以该力向后，这两个力就使球平动的速度减小，这就是为什么下旋球球速较慢的原因。对于接球一方来说，由于

6、球速很慢，一般是在球的下降期触球，如果将球拍竖直发力，反弹球获得一个斜向下的平动速度和相对平动速度逆时针方向角速度，这时球会向下运动，一般情况下会直接下网，导致失分。所以选手在接下旋球时要将球拍斜向上发力，让反弹球获得的平动速度的竖直向下的分量减小，这样可使球能越过球网，打在对方球台上。此时，反弹球为下旋球。多数情况下选手削过去的球也将是下旋球（也会出现侧旋球的情况），球速慢，反弹点低，强旋转，防守型很强，适合台内短球的处理和削球打法。3. 侧旋球侧旋球与上下旋球不同，它的旋转平面是水平而不是竖直的。发球时选手将球拍斜向两侧击球，使球得到一个向前的平动速度和一个水平方向角速度，在重力，空气向上

7、的推力和空气阻力的作用下向前方运动。当碰到自己一方的球台和对方台面时，在球与台面接触点，球受到台面给的两个静摩擦力，一个是台面给的相对于平动速度反向的静摩擦力，另一个静摩擦力由于球旋转的方向与球前进方向垂直，所以该力与球平动方向垂直，所以侧旋球球速介于上旋球和下旋球之间。对于接球一方来说，由于球速比较快，一般是在球的上升期触球，如果将球拍竖直发力，反弹球获得一个斜向上的平动速度和水平方向角速度，这时球会斜向上运动，一般情况下会从两侧飞出球台外，导致失分。所以选手在接侧旋球时要将球拍侧向下发力，让反弹球获得的平动速度的竖直向上的分量减小，并且使两侧速度方向夹角变小，这样可使球能打在对方球台上。此

8、时，反弹球为侧旋球。一些情况下选手拉过去的球是侧旋球，速度较快，落点刁钻，适合进攻性打法。所以根据球速接球的一方可以判断是哪种类型的旋转，从而选择接球和进攻的方式，这是在乒乓球实战中是很重要的技能。三. 乒乓球沾水后对球的影响乒乓球比赛中选手是不允许把球沾水的，这对于接球的一方不利，那这到底是为什么呢？我们从接球时的分析说起，先说说下旋球。球上沾上了水，由于水是流体具有黏滞性，在球与球拍接触时，球的角速度减小，原来由于球上下方压强差而产生的向上的推力减小，在重力的作用下，球以斜向下的速度急速下降，直接导致球无法越过球网，过来的球越转，向下的趋势越大，要向把球击过球网必须使用很大的力，这造成接球方很大的劣势。另一个可能的原因是沾水后使乒乓球的转动惯量增大，由于角动量守恒，球的角速度减小，导致空气施给的推力减少，就这样产生了上述结果。对于上旋球和侧旋球，沾水对球的影响较小些。原理同下旋球一样，主要是让球旋转角速度减小，导致空气给的推力减小。小小的乒乓球里蕴